ARM+Linux系统启动流程分析----bootloader初始化系统

        开发环境如下：

                                        PC操作系统：RetHat Enterprise Linux6.3版本，内核版本：linux-2.6.39

                                        交叉工具链：arm-linux-xxx 4.3.2

                                        开发板：Friendly Mini2440 ：arm9内核，64M SDRAM，256M NAND FLASH

                                        bootloader：u-boot-2009.08

                                        开发板内核版本：linux-2.6.32

        上一篇文章介绍了S3C2440 处理器的启动流程，即以“stepping stone”作为跳板，系统上电后CPU 自动将Bootloader 的前4K内容从NAND flash 拷贝到“stepping stone ”中，这4K bootloader再将剩余的bootloader拷贝到内存中，最后转到内存中运行bootloader。

这篇文章就是要讨论bootloader 的整个初始化过程。

        简单来讲，bootloader的工作就是将CPU以及板载的资源进行初始化，为系统运行操作系统做好硬件准备，然后将内核拷贝到内存中，最后将控制权交给内核。

        笔者选择的bootloader是业界的老大哥---UBOOT，版本号：u-boot-2009.08，下载地址：ftp://ftp.denx.de/pub/u-boot/，因为此版本的uboot 并不支持我的开发板mini2440，因此需要自己进行移植，但是这里并涉及到移植的问题。移植的问题需要一个系列的文章进行讲述，以后有时间笔者再撰文详述。

        回到正题，bootloader到底进行了哪些工作？最简单的分析办法当然是进行源码分析。为了进行源码分析，我们需要用SourceInsight 建立一个工程，这样分析起来就很方便了。分析步骤如下：

1、找到程序入口

        怎么找程序入口？这种大型的软件，编译链接的工作往往需要通过Make工具进行管理，如此我们就可以找到Makefile，分析它的编译规则，找到对应板子的链接器脚本，通过链接器脚本的分析必然能够知道真个可执行文件的组成，那程序的入口问题自然迎刃而解。

        首先到 .../u-boot-2009.08/  即uboot的顶层目录，用文本编辑器打开顶层的Makefile 找到板子的编译选项，搜索结果如下：

       

事实上在Makefile 中每个支持的板子都会有这么一项，这就是整个板子的配置规则，可以看到第二个高亮的"mini2440",这表明在 board/samsung/ 目录中有一个目录 board/samsung/mini2440/ 这个目录就是我的板子的目录，内容如下：

这个目录时笔者在移植uboot时复制smkd2410 目录经过修改得到的。

        找到了Makefile 也知道了板子的目录，现在可以查找链接器脚本了，不同的u-boot版本可能链接器脚本的位置不同，但在u-boot-2009.08 这个版本中，链接器脚本放在顶层目录：u-boot.lds ，不过这个文件时需要经过编译才能生成，执行配置命令：make mini2440_config ，然后执行：make 编译，编译结束后可以在顶层目录中发现 u-boot.lds 文件。使用文本编辑器打开这个文件，可以看到真个可执行程序的链接情况，如下：

可以看到上图中.text 代码段，第一个文件是：cpu/arm920t/start.o ，入口点是ENTRY(_start),即该文件的_start 标号就是真个程序的入口点。（事实上该目标文件是由 cpu/arm920t/start.S编译而成）

2、分析U-BOOT 工作流程

        找到程序程序的入口点以后就可以分析uboot的工作流程了。具体的过程很简单，就是循着代码，看注释，看看哪些地方完成了什么工作。下图是笔者分析后得到的流程图（这里读者只关注硬件部分的初始化，还有很多软件部分的初始化没关注）：

        从上图可以看出，uboot完成的都是一些简单的初始化工作，包括CPU本身和板载资源的初始化，当然还有一些软件的初始化，比如各种命令的代码实现、环境变量的初始化等等，但是这些属于存软件的初始化u-boot做了就做了，没什么值得讨论的。只要在后面知道它做了这些事，而我们能够使用它完成的命令就行。从上面并没有看到加载内核的信息，加载内核和启动内核的功能其实是u-boot 完成的命令，我们只要在16 解析、执行用户命令那一步在终端中输入命令，u-boot自然会完成我们的命令。关于u-boot支持的命令不在本文的讨论范围，请读者参考其他资料。